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文檔簡介

云計算知識講座主講人：張瑞生教授蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院2023/2/91內(nèi)容提綱云概念云的演變發(fā)展云與傳統(tǒng)計算云與網(wǎng)格云案例云架構(gòu)和主要技術(shù)云前景2023/2/92內(nèi)容提綱云概念云的演變發(fā)展云與傳統(tǒng)計算云與網(wǎng)格云案例云架構(gòu)和主要技術(shù)云前景2023/2/93

“云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設(shè)備”——維基百科云計算的定義2023/2/94云計算通過將物理資源轉(zhuǎn)換成可伸縮的虛擬共享資源，使得企業(yè)能夠?qū)①Y源分配到到需要資源的應(yīng)用上，即根據(jù)需求來訪問資源（計算機處理器和存儲系統(tǒng)等。）通過云計算，用戶可以訪問大量的計算和存儲資源，并且不必關(guān)心它們的位置和它們是如何配置的。之所以稱為“云”，是因為它在某些方面具有云的特征：云一般都較大；云的規(guī)模可以動態(tài)伸縮，它的邊界是模糊的；云在空中飄忽不定，你無法也無需確定它的具體位置，但它確實存在于某處。之所以稱為“云”，還因為云計算的鼻祖之一亞瑪遜公司將曾經(jīng)大家稱作為網(wǎng)格計算的東西，取了一個新名稱“彈性計算云”(EC2)，并取得了商業(yè)上的成功。什么是云計算2023/2/95musicpreferencesmapsnewscontactsmessagesmailinglistsphotoe-mailscalendarphonenumbersinvestmentsUserCentric從用戶角度看云計算Datastoredinthe“Cloud”Datafollowsyou&yourdevicesDataaccessibleanywhereDatacanbesharedwithothers2023/2/96云計算的概念模型2023/2/97云計算層次云計算并不是一個單獨的服務(wù)，而是一個服務(wù)集合。這些層定義了提供的服務(wù)的級別SaaS-softwareasaserverPaaS-platformasaserverIaaS-infrastructureasaserver2023/2/98云計算的特點超大規(guī)模虛擬化高可靠性通用性高可擴展性按需服務(wù)極其廉價2023/2/99內(nèi)容提綱云概念云的演變發(fā)展云與傳統(tǒng)計算云與網(wǎng)格云案例云架構(gòu)和主要技術(shù)云前景2023/2/910云計算并不是新概念2023/2/911各種計算的演進Networkiscomputer(client–server)?ResourcesharingacrossadministrativedomainsDecentralized,openstandards,non-trivialserviceTightlycoupledcomputingresources:CPU,storage,data,etcUsuallyconnectedwithinaLANManagedasasingleresourceServicesanddataareinthecloud,accessiblewithanydeviceconnectedtothecloudwithabrowserGridComputingClusterComputingCloudComputingNetworkComputingUtilityComputingDon'tbuycomputers,leasecomputingpowerUpload,run,download2023/2/912網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然結(jié)果…2023/2/913各種技術(shù)融合促進云計算的發(fā)展Internet

TechnologyDistributed

ComputingAutonomicComputingDatacenterautomationHardwareVirtualizationMulti-corechipsSOAWeb2.0WebServicesMashupsUtility&GridComputingCloudComputingHardwareSystemsManagement2023/2/914內(nèi)容提綱云概念云的演變發(fā)展云與傳統(tǒng)計算云與網(wǎng)格云案例云架構(gòu)和主要技術(shù)云前景2023/2/915云計算原理示意傳統(tǒng)計算云計算2023/2/916云計算與傳統(tǒng)IT成本對比

:

estimatedbyIBM2009當(dāng)前IT支出100%每年操作的成本

(21%)折舊(-91.6%)勞動力成本(-80.7%)部署(一次性)折舊

(和分?jǐn)?

勞動力成本

(操作和維護)軟件和其它成本(-20%)軟件

和其它成本傳統(tǒng)方式云計算方式2023/2/917從硬件上看，云計算在三方面突破了傳統(tǒng)。云計算能應(yīng)變的提供似乎無限的計算資源，云計算終端用戶無需再為計算力準(zhǔn)備計劃或預(yù)算。2.云用戶（SaaS服務(wù)供應(yīng)商）可以根據(jù)需要，逐步追加硬件資源，而不需要預(yù)先給出承諾。3.云計算提供其用戶短期使用資源的靈活性（例如：按小時購買處理器或按天購買存儲）。當(dāng)不再需要這些資源的時候，用戶可以方便的釋放這些資源。云計算突破了傳統(tǒng)計算2023/2/918內(nèi)容提綱云概念云的演變發(fā)展云與傳統(tǒng)計算云與網(wǎng)格云案例云架構(gòu)和主要技術(shù)云前景2023/2/919網(wǎng)格計算的定義

在動態(tài)變化、由多個機構(gòu)組成的虛擬組織中協(xié)調(diào)資源共享和求解問題。2023/2/92021虛擬組織2023/2/921電站電站網(wǎng)格計算與云計算理念相似水壩煤礦油井電力網(wǎng)電站2023/2/922網(wǎng)格計算與云計算的比較2023/2/923內(nèi)容提綱云概念云的演變發(fā)展云與傳統(tǒng)計算云與網(wǎng)格云案例云架構(gòu)和主要技術(shù)云前景2023/2/924CloudComputing252023/2/925云案例Google云計算亞馬遜云計算微軟云計算IBM云計算2023/2/926Google云計算2023/2/927Google云計算數(shù)據(jù)中心2023/2/928Howtodevelopawebapplicationthatscales?StorageDatabaseServingGoogle'ssolution/replacementGoogleFileSystemBigTableMapReduceGoogleAppEngineDataProcessing2023/2/929Howtodevelopawebapplicationthatscales?StorageDatabaseServingGoogle'ssolution/replacementGoogleFileSystemBigTableMapReduceGoogleAppEnginePublishedpapersOpenedon2008/5/28DataProcessinghadoop:opensourceimplementation2023/2/930Google的云計算基礎(chǔ)架構(gòu)模式的“4駕馬車”GoogleFileSystem分布式文件系統(tǒng)大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTableMapReduce編程模式分布式的鎖機制Chubby2023/2/931GoogleFileSystemGFSClientApplicationReplicasMastersGFSMasterGFSMasterC0C1C2C5ChunkserverC0C2C5ChunkserverC1Chunkserver…Filenamespacechunk2ef7chunk...chunk...chunk.../foo/barGFSClientApplicationC5C3大文件被分割成固定尺寸的塊(如64MB)?為了保證可靠性，每個塊被缺省備份保存了三個備份(可調(diào)的)。主服務(wù)器管理文件系統(tǒng)所有的元數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)直接在客戶端和塊服務(wù)器之間進行傳輸2023/2/932Google的云計算基礎(chǔ)架構(gòu)模式的“4駕馬車”GoogleFileSystem分布式文件系統(tǒng)大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTableMapReduce編程模式分布式的鎖機制Chubby2023/2/933BigTable“”“contents:”RowsColumnsTimestampst3t11t17“<html>…”Google關(guān)于將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)擴展到分布式平臺上。分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，用來處理海量數(shù)據(jù)?？蓴U展性:數(shù)千臺服務(wù)器TB級內(nèi)存數(shù)據(jù)，PB級磁盤數(shù)據(jù)自管理能動態(tài)添加或移除服務(wù)器服務(wù)器平衡負(fù)載Datamodel:(row,column,timestamp)?cellcontents2023/2/934為什么不使用商業(yè)數(shù)據(jù)庫?大多數(shù)商業(yè)數(shù)據(jù)庫對海量數(shù)據(jù)的存儲存在的問題是，規(guī)模太大，價格太高。低水平的存儲大大的優(yōu)化了性能。難于運行在一個數(shù)據(jù)庫頂層。構(gòu)建大規(guī)模系統(tǒng)具有挑戰(zhàn)性。2023/2/935系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)LockserviceBigtablemasterBigtabletabletserverBigtabletabletserverBigtabletabletserverGFSClusterschedulingsystem…h(huán)oldsmetadata,handlesmaster-electionholdstabletdata,logshandlesfailover,monitoringperformsmetadataops+loadbalancingservesdataservesdataservesdataBigTableCell2023/2/936系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)LockserviceBigtablemasterBigtabletabletserverBigtabletabletserverBigtabletabletserverGFSClusterschedulingsystem…h(huán)oldsmetadata,handlesmaster-electionholdstabletdata,logshandlesfailover,monitoringperformsmetadataops+loadbalancingservesdataservesdataservesdataBigtableclientBigtableclientlibraryOpen()?read/writemetadataopsBigTableCell2023/2/937Google的云計算基礎(chǔ)架構(gòu)模式的“4駕馬車”GoogleFileSystem分布式文件系統(tǒng)大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTableMapReduce編程模式分布式的鎖機制Chubby2023/2/938MapReduce–ANewModelandSystem兩個數(shù)據(jù)處理單元：Map:(in_key,in_value){(keyj,valuej)|j=1…k}Reduce:(key,[value1,…valuem])(key,f_value)2023/2/939MapReduce編程模型由函數(shù)編程引入：map(f,[x1,x2,...])=[f(x1),f(x2),...]reduce(f,x0,[x1,x2,x3,...])

=reduce(f,f(x0,x1),[x2,...])

=...

(直到列表結(jié)束)?用戶實現(xiàn)兩個函數(shù)：map(in_key,in_value)?

(keyj,valuej)listreduce[value1,...valueL]?f_value2023/2/940Google的云計算基礎(chǔ)架構(gòu)模式的“4駕馬車”GoogleFileSystem分布式文件系統(tǒng)大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTableMapReduce編程模式分布式的鎖機制Chubby2023/2/941主要用于解決分布式一致性問題在一個分布式系統(tǒng)中，有一組的Process，它們需要確定一個Value。于是每個Process都提出了一個Value，一致性就是指只有其中的一個Value能夠被選中作為最后確定的值，并且當(dāng)這個值被選出來以后，所有的Process都需要被通知到粗粒度的分布式鎖服務(wù)Chubby是Google為解決分布式一致性問題而設(shè)計的提供粗粒度鎖服務(wù)的文件系統(tǒng)其他分布式系統(tǒng)可以使用它對共享資源的訪問進行同步分布式的鎖機制Chubby2023/2/942需要實現(xiàn)的特性高可用性高可靠性支持粗粒度的建議性鎖服務(wù)支持小規(guī)模文件直接存儲不作考慮的特性高性能存儲能力43Chubby的設(shè)計目標(biāo)2023/2/94344Chubby的系統(tǒng)架構(gòu)2023/2/944Chubby系統(tǒng)本質(zhì)上就是一個分布式的、存儲大量小文件的文件系統(tǒng)Chubby中的鎖就是文件在GFS的例子中，創(chuàng)建文件就是進行“加鎖”操作，創(chuàng)建文件成功的那個server其實就是搶占到了“鎖”用戶通過打開、關(guān)閉和存取文件，獲取共享鎖或者獨占鎖；并且通過通信機制，向用戶發(fā)送更新信息45Chubby文件系統(tǒng)2023/2/94546Client與Chubby的通信協(xié)議2023/2/946Chubby的應(yīng)用主節(jié)點選舉獨占鎖共享鎖數(shù)據(jù)存取應(yīng)用獲取GFSChunkServer信息元數(shù)據(jù)存儲……2023/2/947GoogleAppsGoogleDocs：將文檔存儲在Google的服務(wù)器上，而不是自己的電腦上。GoogleGmail：當(dāng)用戶需求激增，Google的云計算系統(tǒng)會自動為Gmail增加容量和處理器的數(shù)量，而無需人工干預(yù)。2023/2/948亞瑪遜云計算2023/2/949亞馬遜的云名為亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AmazonWebServices，AWS），提供可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問的存儲、計算機處理、信息排隊和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接入式服務(wù)。主要由4塊核心服務(wù)組成：簡單存儲服務(wù)（SimpleStorageService，S3）；彈性計算云（ElasticComputeCloud，EC2）；簡單隊列服務(wù)（SimpleQueuingService）；尚處于測試階段的SimpleDB。2023/2/950AmazonSimpleStorageServiceS3AmazonS3是為互聯(lián)網(wǎng)提供的存儲服務(wù)。設(shè)計目標(biāo)是開發(fā)者提供更加簡單的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模計算服務(wù)。AmazonS3提供了一個簡單的webservice接口，可以用來在任何時間、任何地點，通過web來存儲和檢索任意規(guī)模的數(shù)據(jù)，為所有開發(fā)者提供了一個相同的可調(diào)度擴展的、可靠的、安全的、快速的、經(jīng)濟的基礎(chǔ)設(shè)施，Amazon也用它來運行自己的全球網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，目標(biāo)是最大化地擴大規(guī)模服務(wù)效益并讓開發(fā)者們享受到這些效益。2023/2/951AmazonSimpleStorageService$.15perGBpermonthstorageObject-BasedStorage1B–5GB/objectFast,Reliable,ScalableRedundant,Dispersed99.99%AvailabilityGoalPrivateorPublicPer-objectURLs&ACLsBitTorrentSupport$.10-$.18perGBdatatransfer$.01for1000to10000requests2023/2/952S3SOAP/QueryAPIService:ListAllMyBucketsBuckets:CreateBucketDeleteBucketListBucketGetBucketAccessControlPolicySetBucketAccessControlPolicyGetBucketLoggingStatusSetBucketLoggingStatusObjects:PutObjectPutObjectInlineGetObjectGetObjectExtendedDeleteObjectGetObjectAccessControlPolicySetObjectAccessControlPolicy2023/2/9532023/2/954Amazon”彈性計算云”服務(wù)（EC2）亞馬遜彈性計算云（AmazonElasticComputeCloud）是一項在云里提供可變大小計算能力的web服務(wù)，創(chuàng)建大量的服務(wù)器用于受歡迎的網(wǎng)站，并讓巨大的硬件資源對所有開發(fā)者可用。設(shè)計此云是為了使開發(fā)人員進行Web范圍內(nèi)的計算更容易。企業(yè)可以以極低的成本投入獲得極高的計算能力，不用再投資購買昂貴的硬件設(shè)備，負(fù)擔(dān)頻繁的保養(yǎng)與升級。例如：美國的房地產(chǎn)網(wǎng)站Goosipy希望建立一個數(shù)據(jù)庫，計算67萬個家庭在12年間購入沽出房產(chǎn)的的數(shù)據(jù)，以便為消費者提供更好的建議。如果他們自己動手，初步預(yù)計，需要花費6個月的時間和數(shù)以百萬計的美元。而最后，他們租賃了Amazon所提供的“彈性計算機云”服務(wù)，通過使用Amazon強大數(shù)據(jù)分析能力，這個項目的完成僅用了3個星期，費用不到5萬美元。2023/2/955Amazon的彈性計算云2023/2/956AmazonElasticComputeCloud$.10perserverhourVirtualComputeCloudElasticCapacity1.7GHzx861.7GBRAM160GBDisk250MB/SecondNetworkNetworkSecurityModelTimeorTraffic-basedScaling,Loadtesting,SimulationandAnalysis,Rendering,SoftwareasaServicePlatform,Hosting$.10-$.18perGBdatatransfer2023/2/957EC2SOAP/QueryAPIImages:RegisterImageDescribeImagesDeregisterImageInstances:RunInstancesDescribeInstancesTerminateInstancesGetConsoleOutputRebootInstancesKeypairs:CreateKeyPairDescribeKeyPairsDeleteKeyPairImageAttributes:ModifyImageAttributeDescribeImageAttributeResetImageAttributeSecurityGroups:CreateSecurityGroupDescribeSecurityGroupsDeleteSecurityGroupAuthorizeSecurityGroupIngressRevokeSecurityGroupIngress2023/2/958Web-ScaleArchitecture2023/2/959IBM云計算2023/2/960IBM“藍云”計算平臺2023/2/961微軟云計算2023/2/962微軟Windowslive面對Google的挑戰(zhàn)，微軟試圖以WindowsLive為基礎(chǔ)，聯(lián)結(jié)起數(shù)以億計的Windows用戶，并向他們提供云計算，在線存儲是微軟邁出的關(guān)鍵一步，比爾.蓋茨在2007年夏天說：“當(dāng)你想到存儲，就會想到WindowsLive。”2023/2/963642023/2/964652023/2/965662023/2/966內(nèi)容提綱云概念云的演變發(fā)展云與傳統(tǒng)計算云與網(wǎng)格云案例云架構(gòu)和主要技術(shù)云前景2023/2/967服務(wù)和管理兩個層面的架構(gòu)2023/2/968SaaSSaaS模式將軟件以在線服務(wù)提供給用戶，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)直接使用云上運行的應(yīng)用。前身是ASP,概念與思想和ASP相差不大。相關(guān)產(chǎn)品：GoogleAppsSalesforceCRMOfficeWebAppsZoho2023/2/969SaaS-技術(shù)HTMLJavaScriptCSSFlashSliverlight2023/2/970PaaS通過這種模式，用戶可以在一個提供SDK、文檔、測試環(huán)境和部署環(huán)境等在內(nèi)的開發(fā)平臺上編寫和部署應(yīng)用。主要產(chǎn)品：FGoogleAppEngineWindowsAzurePlatformHeroku2023/2/971PaaS-技術(shù)REST(RepresentationalStateTransfer)多租戶并行處理（GoogleMapReduce）應(yīng)用服務(wù)器分布式緩存2023/2/972IaaS通過IaaS模式，用戶可從供應(yīng)商獲取需要的計算或存儲資源來裝載相關(guān)應(yīng)用。相關(guān)產(chǎn)品：AmazonEC2IBMBlueCloudCiscoUCSJoyent2023/2/973IaaS-

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